荀曉晶

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淺述機(jī)電一體化設(shè)計(jì)

荀曉晶

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機(jī)電一體化技術(shù)是集機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)于一體的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。“機(jī)電一體化技術(shù)”這一概念起源于日本，發(fā)展至今已經(jīng)有四十多年的歷史。隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品的工作性能、工作可靠性等方面也提出了更高的要求，為傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的發(fā)展提供了更為廣闊的空間。

機(jī)電；一體化；設(shè)計(jì)

1 機(jī)電一體化的概述

“二戰(zhàn)”結(jié)束后，隨著世界經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了機(jī)械制造技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展。各個(gè)技術(shù)相互交叉，相互融合，機(jī)電一體化作為一門新的技術(shù)出現(xiàn)，并深刻影響著各個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)、科技、社會(huì)等領(lǐng)域。機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)成為機(jī)械制造業(yè)乃至國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。面臨著我國人口紅利減少的嚴(yán)峻形勢(shì)，減少勞動(dòng)力的使用，提高機(jī)電一體化水平已迫在眉睫。

機(jī)電一體化作為一門新的技術(shù)， 它融合了機(jī)械制造技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感器與檢測(cè)技術(shù)、信號(hào)變換與接口技術(shù)、信息通訊等先進(jìn)技術(shù)， 并在上述技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)，并應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。機(jī)電一體化技術(shù)是對(duì)原有技術(shù)的改良和升級(jí)， 而不是簡(jiǎn)單的拼湊， 機(jī)電一體化跟機(jī)械電氣化在含義上有著本質(zhì)的區(qū)別。機(jī)電一體化技術(shù)包括： 機(jī)械本體部分、伺服驅(qū)動(dòng)部分、傳感器與檢測(cè)部分、控制及信息處理部分。通過對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用的研究可以得知，機(jī)電一體化主要包括產(chǎn)品和技術(shù)兩個(gè)方面。從某種程度上來說，現(xiàn)代自動(dòng)化設(shè)備都是機(jī)電一體化設(shè)備。

2 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

近年來，在計(jì)算機(jī)技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展和廣泛的傳播的背景下，機(jī)電一體化技術(shù)迎來了一個(gè)新的發(fā)展契機(jī)，并獲得了非常好的發(fā)展。機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用為機(jī)器注入了“靈魂”，現(xiàn)代化機(jī)器并不是之前的冷冰冰機(jī)器，通過將機(jī)械技術(shù)和微電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，使機(jī)器逐漸向著智能化和人性化的方向發(fā)展。從企業(yè)發(fā)展的角度分析，它為企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展提供了可能，其開辟了一條新型的生產(chǎn)模式，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了企業(yè)經(jīng)濟(jì)的最大化。

2.1 機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要包括結(jié)構(gòu)模塊的設(shè)計(jì)

機(jī)械機(jī)構(gòu)自身就是整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所有功能要素的結(jié)構(gòu)支持，其主要包含有機(jī)身、支撐、框架、聯(lián)接等一些部件和結(jié)構(gòu)，這些都是機(jī)械體系所能控制的內(nèi)容，機(jī)電一體化系統(tǒng)需要將系統(tǒng)本身的設(shè)置結(jié)構(gòu)考慮在內(nèi)，從而保證機(jī)電以及機(jī)械等系統(tǒng)設(shè)備可以達(dá)到其預(yù)想的效果。

2.2 機(jī)電一體化的動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

動(dòng)力模塊的設(shè)計(jì)選擇是根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，來為系統(tǒng)正常運(yùn)行提供生產(chǎn)所需要的能量和動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)正常的生產(chǎn)。任何機(jī)械設(shè)備在脫離了動(dòng)力的支持都是無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的，因此動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中非常重要的組成模塊。動(dòng)力模塊的設(shè)計(jì)和選擇可以使用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，再結(jié)合主電機(jī)可以傳輸?shù)哪芰看笮?，然后通過變頻器自動(dòng)的控制其所傳動(dòng)的速率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備動(dòng)力供應(yīng)的調(diào)節(jié)。

2.3 感知模塊設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

機(jī)電一體化系統(tǒng)中測(cè)試傳感部分對(duì)其整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中本身以及其外部環(huán)境中的一些參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)，并將檢測(cè)到的信息通過某種程序轉(zhuǎn)變成系統(tǒng)識(shí)別出的信號(hào)，再經(jīng)傳輸系統(tǒng)傳給信息處理的單元當(dāng)中，經(jīng)過合理的處理之后就可以實(shí)現(xiàn)所要求的控制信號(hào)。傳感器在信息傳達(dá)過程中占據(jù)重要地位，采用傳感器技術(shù)來進(jìn)行系統(tǒng)信號(hào)的感應(yīng)并對(duì)其作出相應(yīng)反映的模塊，這對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的調(diào)度具有指導(dǎo)性的作用。目前出現(xiàn)無線傳感器的傳播和使用將會(huì)促進(jìn)控制系統(tǒng)迅速準(zhǔn)確的對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而有效的避免外來信號(hào)的干擾。

2.4 機(jī)電一體化系統(tǒng)中指令模塊的設(shè)計(jì)

控制模塊以及信息處理的部分對(duì)傳感器所得到的信息或者直接是對(duì)系統(tǒng)輸入的指令都進(jìn)行合理的分析、處理，然后再根據(jù)其處理的結(jié)果以及相關(guān)規(guī)定在發(fā)出相應(yīng)的指令，使得整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)有條理有目的運(yùn)行。

3 機(jī)電一體化設(shè)計(jì)方法

3.1 機(jī)電一體化設(shè)計(jì)流程

近些年來，隨著機(jī)械、電子等行業(yè)的高速發(fā)展，機(jī)電一體化設(shè)計(jì)方法越來越得到重視，機(jī)電一體化設(shè)計(jì)方法是在多學(xué)科基礎(chǔ)上的交叉設(shè)計(jì)方法，其適用性越來越強(qiáng)。機(jī)電一體化設(shè)計(jì)有其特殊的方法與準(zhǔn)則，并有其固定的流程。通常，機(jī)電一體化設(shè)計(jì)有開發(fā)設(shè)計(jì)、適應(yīng)性設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。開發(fā)設(shè)計(jì)是指在滿足功能和審美要求的前提下，開發(fā)設(shè)計(jì)出具有市場(chǎng)需求的產(chǎn)品。機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)通常要經(jīng)過開發(fā)設(shè)計(jì)階段和適應(yīng)性設(shè)計(jì)階段等。適應(yīng)性設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單的說，就是修改已有的設(shè)計(jì)，完善現(xiàn)有設(shè)計(jì)，提高其性能和功能。設(shè)計(jì)過程中要充分考慮到產(chǎn)品質(zhì)地、結(jié)構(gòu)等各項(xiàng)因素，最大可能設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)適用、技術(shù)新等產(chǎn)品。

3.2 交叉綜合設(shè)計(jì)

交叉綜合設(shè)計(jì)就是在設(shè)計(jì)的過程中要應(yīng)用多學(xué)科和跨專業(yè)綜合設(shè)計(jì)方法。由于機(jī)電一體化設(shè)計(jì)過程中機(jī)會(huì)涉及到很多學(xué)科的知識(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)綜合考慮機(jī)電一體化產(chǎn)品的各因素，結(jié)合和協(xié)調(diào)其他學(xué)科知識(shí)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的服務(wù)和功能。

3.3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)電一體化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括機(jī)械部分設(shè)計(jì)和產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量會(huì)直接影響到機(jī)電一體化產(chǎn)品的質(zhì)量，所以對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的空間想象能力和跨領(lǐng)域協(xié)調(diào)能力要求較高，盡量使產(chǎn)品具有低成本、高性能以及容易制度等優(yōu)勢(shì)。

3.4 制造工藝設(shè)計(jì)

雖然產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和美觀設(shè)計(jì)非常重要，但制造工藝設(shè)計(jì)同樣不可忽視，制造工藝設(shè)計(jì)在機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中占據(jù)重要地位，如果不對(duì)產(chǎn)品制造工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，機(jī)電一體化設(shè)計(jì)也很難達(dá)到預(yù)期的要求。

機(jī)電一體化產(chǎn)品的研發(fā)是我國今后研發(fā)的重點(diǎn)方向，機(jī)電一體化技術(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)的核心技術(shù)，并被廣泛應(yīng)用于機(jī)電產(chǎn)業(yè)和其他制造業(yè)領(lǐng)域。今后對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品會(huì)有更高的要求，但主要還是集中在對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的高要求，將機(jī)械技術(shù)、信息技術(shù)、傳感技術(shù)等融合在一起，使整個(gè)系統(tǒng)處于最優(yōu)化，機(jī)電一體化設(shè)計(jì)不僅注重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還要重視制造工藝設(shè)計(jì)，使機(jī)電一體化設(shè)計(jì)更科學(xué)、更有效。

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[2]李政，王述洋. 淺析機(jī)電一體化家具的人性化設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2008，05：28-30.